基于Simulink的单轴重型燃气轮机动态仿真模型

采用面向对象的模块化建模方法,在Matlab/Simulink软件环境中开发了单轴重型燃气轮机动态无迭代仿真模型。为了提高仿真精度,模型采用了变比热容的计算方法,除考虑容积惯性和转动惯性的影响外,还考虑了燃气轮机流道金属热惯性对仿真模型的影响。仿真结果表明:该模型能较好地反映系统的动态特性,具有较高的仿真精度,可用于重型燃气轮机控制系统的研制和测试。     

储能锂离子电池包单体内部温度压力模拟

针对储能锂离子电池热失控引发的安全问题,开发一种高效锂离子软包电池内部温度压力模拟方法,为储能系统提供电池状态实时监测工具。首先,通过融合化学反应模型、热路模型和膨胀模型,将软包电池内部生热、产气、传热、膨胀等过程集成到统一的计算框架中。其次,建立基于微分方程组的软包电池温度、压力计算模型,反应模型和热路模型通过温度、生热率等状态参数彼此耦合。再次,将该方法应用于4款电池样本进行温度、压力模拟。计算值和实测值对比表明,该方法能高效计算锂离子软包电池内部温度和压力,最大模拟误差小于4%,具有良好的计算精度。并且,该方法求解过程无需调用耗时的多物理场耦合仿真,计算效率高。     

基于深度学习的概率能量流快速计算方法

考虑新能源日益增长的不确定性,概率能量流在电–气综合能源系统分析中起到关键性作用。概率能量流计算需要求解大量高维非线性方程组。高计算代价和求解时间已成为概率能量流实际工程应用的瓶颈所在。为此,该文提出了利用深度神经网络求解该问题的新方法。该方法借助堆栈降噪自动编码器(stacked denoising auto-encoders,SDAE)的深层堆栈结构以及编码解码过程,建立了基于SDAE的能量流模型,可有效挖掘非线性能量流方程的高阶特征。结合能量流输入输出性质不同、变化范围不一等数值特点,在SDAE模型中引入了修正线性单元(rectifiedlinearunit,ReLU)激活函数与离差标准化方法,可有效提高训练精度与速度。结合蒙特卡洛法抽样出待解样本,使用训练后的SDAE能量流模型,通过数据映射得到抽样样本的能量流结果,在不增加硬件成本的前提下求解概率能量流,求解时间和精度符合在线应用要求。最后,在IEEE14-NGS10电–气综合能源系统中验证了所提方法的有效性。     

计及天然气管道泄漏的电-气综合能源系统潮流计算方法

针对天然气管道泄漏运行的实际情况，提出了一种计及天然气管道泄漏的电-气综合能源潮流计算方法。首先，建立了计及管道泄漏和改进微型燃气轮机模型的天然气网络模型；然后，采取牛顿拉夫逊法求解天然气网络潮流，并利用燃气轮机的耦合关系交替迭代求解电网潮流；最后以IEEE30节点和比利时20节点为例，计算耦合系统正常运行、管道泄漏及管道完全故障3种状态下的潮流计算结果并进行比较分析。     

计及静态安全因素的电-热多能流计算方法

多能流含义为多种类型的能量流,包括能量流的相互耦合、转换和传输,例如冷、热、电、气等多种能源形式。其中以电热联供为代表的电热耦合多能流系统发展最为迅速,带来诸多效益的同时也使安全问题更加突出。文中考虑安全因素提出电-热多能流系统计算方法。建立电力网络、热力网络模型、耦合元件模型,基于安全因素考虑构建预想故障集合,采用分布式顺序潮流求解算法进行求解。针对电力网络中并网和孤岛两种运行方式进行分析,通过实际算例验证了所提算法的优越性。     

基于参数灵敏度的综合能源系统安全控制策略研究

该文基于电–气综合能源系统(integratedenergy system,IES)子系统间的参数灵敏度矩阵,探究IES变量间的交互耦合机理,提出一种IES静态安全控制策略。首先,构建电–气耦合的IES模型,并采用Newton-Raphson法求解IES多能流方程;在此基础上,利用多能流计算过程中的雅可比矩阵信息及变量间的耦合关系,计算IES中电压、气压、支路潮流、管道流量对控制变量燃气轮机出力、压缩机出口压力的参数灵敏度矩阵,定量描述电、气互联系统间交互耦合机理;然后,提出一种IES静态安全控制策略,在保证系统负荷供应的前提下,对IES越限元件基于参数灵敏度矩阵计算压缩机出口压力及燃气轮机出力的控制量,进而调整控制元件的运行状态使其满足IES安全运行要求;最后,通过IES 4-12算例对所提方法进行分析、验证,结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

计及动态非均匀热特性的储能软包锂电池充放电热路模型

当前锂离子电池热行为解析模型与仿真模型在储能应用中面临效率或精度挑战。提出一种计及动态非均匀热特性的软包锂电池热分析方法,为储能系统提供电池状态在线评估工具。首先,构建热路模型和解析偏微分方程组,以捕捉充放电过程中电池动态非均匀热特性。其次,建立迭代机制确定求解参数,发展一种兼顾精度和效率的求解算法。将热解析模型和算法应用于商用储能锂电池温度评估。多种充放电工况下的实验结果表明,所提方法具有毫秒级计算成本和小于3%的温度误差,参数标定、迭代机制增强了该方法的工程适用性。该方法对储能电池管理系统展现出良好的应用潜力。     

考虑多种耦合单元的电气热联合系统潮流分布式计算方法

燃气轮机、燃气锅炉以及热电联产系统等耦合单元的广泛应用使电力系统、天然气系统和热力系统之间的联系日益紧密,而各网运行主体不同导致的可交互信息有限,又给全网潮流分布的计算带来挑战。该文模型计及热电联产系统、燃气轮机、燃气锅炉、压缩机、水泵等多种耦合单元,并重点考虑耦合单元位于电网、热网平衡节点的影响,提出在各网之间有限信息交互下的不同运行模式的潮流分布式顺序求解算法。通过对实际算例的求解,证明所提算法比牛顿–拉夫逊统一求解算法在收敛速度、精度方面更有优势。     

一种低存储迭代伽辽金间接边界元方法与其在有界波发生器设计中的应用

为了克服间接边界元方法的存储要求高、求解速度慢的问题,提出了一种低存储要求迭代求解的间接边界元求解方法。采用Galerkin方法获得间接边界元方程组的系数,根据物理耦合程度的差异,构造方程组的求解格式。对于空间距离较远的单元,在迭代中直接计算耦合系数。由于不存储这些单元对应的系数,可将方程组的存储从O(N2)降低至O(N)。该方法应用于有界波模拟发生器的电容计算中,数值算例表明:该方法可有效提高设计效率和阻抗匹配的准确性。从理论上讲,该方法实质上是一种基于物理耦合的预条件技术的应用,因此,其可推广应用到电磁场数值计算涉及满阵求解的场合。     

屏蔽套材料对屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场的影响研究

针对单向耦合法分析屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场时计算精度低的问题,提出了一种磁热双向耦合法。首先,建立了磁热耦合计算模型。其次,采用双向耦合法分析了屏蔽套材料对电机性能的影响,并与单向耦合计算结果进行了比较。最后,建立了电机三维模型,利用有限元软件进行了电磁场和三维温度场分析。研究结果表明所提的磁热双向耦合计算方法可以有效提高电磁场和温度场的计算精度,此外屏蔽套采用不导电不导磁材料可有效提高屏蔽式永磁同步电机效率,降低电机温升。这不仅为屏蔽式永磁同步电机的设计提供了参考,同时对于保证电机高效和可靠运行具有重要意义。     

燃机与锅炉耦合系统提高电厂供电效率的研究

为提高火力发电厂的供电效率,提出燃机与锅炉机组的耦合系统,并建立该耦合系统性能计算模型。经过对耦合系统性能的预测分析可知:排烟温度对系统的性能影响较大,在设定的130℃排烟温度条件下,耦合了燃机的电厂效率提高,供电煤耗降低。在一定的最高燃机工作温度条件下,进入锅炉机组总风量与流经燃机的空气流量与之间的比值有最佳值。以燃机最高工作温度700℃为例,耦合系统可以提高机组效率0.5%以上,其发出的功率可以增加电厂供电量超过4%,在考虑了机组热效率以及低温腐蚀等因素以后,除了抵消风机电耗以外,最佳的供电量增加幅度为1.64%,此时对应着最佳的锅炉机组总风量与流经燃机空气流量的比值,其大小为4.29。     

Thermal tests of the 9FB gas turbine unit produced by general electric

In July 2011, a PGU-410 combined-cycle power plant was commissioned at the Srendeuralsk district power station owned by Enel OGK-5. The main equipment of this power plant includes an MS9001FB gas turbine unit (produced by GE Energy Power Plant Systems, the United States), a heat recovery boiler (produced by Nooter/Ericsen, the United States), and a >Skoda KT-140-13.3 two-cylinder condensing and cogeneration turbine with steam reheating. In 2011–2012, specialists of the All-Russia Thermal Engineering Institute carried out thermal tests of this power plant in a wide range of loads and under different external conditions. The results from thermal tests of the MS9001FB gas turbine unit are presented and analyzed. The actual indicators of the gas turbine unit and its elements are determined and their characteristics are constructed.     

抽水蓄能电站水泵水轮机效率计算方法

介绍了抽水蓄能电站在电网中的作用并阐述了机组效率计算的重要意义。针对水泵水轮机复杂运行过程中的能量损失情况,提出了一种基于最小二乘法曲面拟合抽水蓄能电站水泵水轮机效率的计算方法,建立了水泵水轮机效率拟合模型,得到拟合结果。拟合结果对比分析证明拟合精度较高。具体的计算实例说明利用最小二乘法曲面拟合原理能够方便地计算得到抽水蓄能电站在发电工况和抽水工况下的水泵水轮机效率。     

基于SVR和GA的汽轮机排汽焓在线预测计算

针对汽轮机排汽焓的计算是火电机组热经济性在线分析的难点,提出了采用遗传算法(GA)对基于支持向量回归机(SVR)的预测模型参数进行优化,利用优化后的模型(GA-SVR)对汽轮机排汽焓进行预测研究。以某300 MW汽轮机组为例进行了排汽焓的在线计算,并与常规SVR模型和BP-ANN模型进行对比。结果表明,该方法能够较为准确地在线预测汽轮机排汽焓值,可为火电机组的在线性能监测提供有效的手段。     

联合循环热电联产机组参数优化及变工况性能分析

联合循环热电联产机组热效率高、污染小,具有广阔的应用前景。研究了联合循环热电联产机组效率的计算方法,并基于三菱MHPS 501GAC机组建立了热平衡模型,分析对比了不同蒸汽参数下联合循环热电联产机组的发电功率、机组热效率等性能指标。同时研究了机组在不同环境温度、大气压力、相对湿度、供热量等变工况状态下的性能。     

燃气轮机温度控制与性能试验

我国近期引进的F级燃气轮机,有的已进入性能试验考核验收阶段。确保机组在设计的燃机透平进口温度下运行,是进行性能试验时测定机组输出功率和效率的基准条件。介绍了燃机温度控制方式及其与机组性能试验出力和热耗率的关系。指出温控修正参数的准确性将影响燃机透平进口温度,从而影响燃机性能试验的基准。还介绍了通过轴功率平衡和能量平衡,推算燃机透平进口温度的方法,以供试验时参考。     

Using energy balances for processing the results from tests of a single-shaft combined-cycle power plant

Application of the balance method for dividing the overall power output produced by a single-shaft combined-cycle power plant between the steam turbine and gas turbine unit is considered. It is shown that the method can be used for obtaining trustworthy results of thermal tests. The effect of air flowrate taken for gas turbine cooling purposes on the gas turbine unit parameters and indicators is estimated.     

基于PSO-Newton法的电-气综合能源系统能流计算

在全球能源形势日趋严峻的情况下,传统单一的电力系统能源结构已经无法满足发展的需求。随着电解制取天然气(P2G)技术及燃气轮机技术的迅速发展,电力系统与天然气系统的联系变得紧密起来。能流计算作为电-气系统耦合分析的基础与关键,对其研究显得尤为重要。文中首先分析了电力系统与天然气系统数学模型,针对牛顿(Newton)法中较难解决天然气系统对压力初值的选取问题,提出利用粒子群(PSO)算法对压力初值进行优选;然后利用Newton法顺序求解电-气综合能源系统(IES)的能流;最后在由IEEE 14节点配电系统和14节点天然气系统组成的电-气耦合系统中验证了所提方法的可行性和准确性。     

基于BP网络方法的热电厂性能分析系统

目前发电厂性能分析大多采用热平衡法,存在原始参数数量大、计算复杂且维护不当时性能计算误差大等问题。文章介绍了利用BP神经网络对某热电厂125MW抽凝式机组煤耗进行仿真计算的过程,通过对参数个数、学习样本组数、隐层结点个数的选择,确立一个优化的BP神经网络模型,仅用少量的关键参数即可计算机组的煤耗,并使误差控制在0.5%之内。该神经网络模型在保证煤耗计算精度的基础上,弥补了热平衡法需要过多原始参数的缺点,为火电厂性能分析提供了一条新途径。     

燃气轮机与锅炉耦合系统降低电厂风机电耗的研究

参考航空涡轮风扇发动机和外燃式燃气轮机技术,提出一种燃机与锅炉的耦合系统。在新系统中,由燃气轮机驱动风机为锅炉提供一次风和二次风,而从压气机出来的高压空气则通过高温换热器在锅炉炉膛里面受热,然后高温高压的空气推动涡轮做功,做功后的空气作为锅炉二次风的一部分排入炉膛。而涡轮输出功除了带动压气机外,剩余部分用来驱动风机。建立了计算该系统性能的热力学模型,计算结果表明,利用该燃机驱动锅炉的风机在技术上是完全可行的,因为取代了锅炉的一、二次风机,所以厂用电率可以大大降低。